專利名稱：一種面向航班延誤的新解決方法
技術領域：
本發(fā)明是一種解決航班延誤的技術，即利用離散排隊系統(tǒng)求解空中交通網(wǎng)絡最大 流，以此判斷航班是否存在改航的可能性。
背景技術：
目前，空中交通管理主要集中在終端區(qū)，包括起飛流量控制和降落流量控制，對于 區(qū)域空中交通網(wǎng)絡內(nèi)的流量分配，調(diào)度研究工作和相關報道都比較少。隨著民航業(yè)的發(fā)展， 各條新航線的建立，各機場間的航線圖越來越網(wǎng)絡化，尤其在樞紐機場周圍，這種航線網(wǎng)絡 較為普遍，也使得某條線路的擁堵會造成航線網(wǎng)絡的擁堵，所以，也使得基于區(qū)域空中交通 網(wǎng)絡中的空管研究成為新的研究熱點。其次，天氣造成的航班延誤具有傳遞和擴散效應，這 在樞紐機場和其周邊機場及空域組成的區(qū)域空中交通網(wǎng)絡中更加明顯，也使得研究范圍擴 展至區(qū)域空中交通網(wǎng)絡成為必然。此外，對于空中交通網(wǎng)絡，惡劣天氣不僅會對航路的容量 造成影響，而且對航班飛行計劃也會造成影響，也就是對空中交通網(wǎng)絡的供需雙方均產(chǎn)生 影響，造成供需不平衡，這種不平衡體現(xiàn)在航班的延誤增加和航路擁堵加劇上。當前對堵塞 的處理方式主要是從經(jīng)濟角度考慮，盡量將空中等待轉(zhuǎn)化成地面等待，因為空中等待的代 價遠遠大于地面等待，這也就不可避免的造成整個交通網(wǎng)絡時延的增大。當前，地面等待策略大多都是基于經(jīng)濟角度考慮的，在航班調(diào)度時除了考慮安全 因素外，如何減少運行成本就成為關鍵問題。但是如果過多考慮航空公司成本問題，那么就 可能會造成航班的延誤，耽擱乘客的時間。在當今社會，時間就是金錢，乘客所耽誤的時間 也可能造成較大的經(jīng)濟損失。針對這種情況，本發(fā)明以整個空中交通網(wǎng)絡出發(fā)，而不單單 只考慮終端區(qū)的情況，在保障飛機安全飛行的前提下，盡可能的讓飛機起飛，減少航班的延 誤，讓乘客獲得最大利益，同時提高航空公司的信譽度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在保障飛機安全飛行的前提下，盡可能的讓飛機改航飛行，減 少乘客因延誤來帶來的損失。航班的延誤可能會給乘客造成較大的經(jīng)濟損失，與以往僅僅 只考慮航空公司經(jīng)濟利益不同，本發(fā)明從網(wǎng)絡角度提出了一種新的方法來解決航班延誤的 問題。本發(fā)明是基于空中交通網(wǎng)絡的，在航班調(diào)度和流量控制可能出現(xiàn)堵塞情況時，那 么為了最大利益保障航班不被延誤，減少乘客損失，首先得確認航班是否存在改航飛行的 可能性。而改航飛行的可能性之一是基于其它航線或空中交通網(wǎng)絡是否存在剩余容量可供 飛機飛行，這就涉及到最大流的求解。但是以往在求空中交通最大流時大多采用線性規(guī)劃 算法，采用它雖建立模型容易，但計算量偏大，并且經(jīng)常由于約束條件不正確或者條件比較 嚴厲不能得到滿意的解。本發(fā)明通過采用離散時間消失排隊系統(tǒng)，將整個網(wǎng)絡視為排隊系 統(tǒng)，各個機場節(jié)點視為服務源，飛機的起飛和降落請求視為顧客，根據(jù)航線和機場節(jié)點的容 量，以及起飛或降落飛機的概率，建立空中交通網(wǎng)絡的概率轉(zhuǎn)移矩陣。并在此基礎上利用離散時間消失排隊系統(tǒng)計算消失概率，并最終求解空中交通網(wǎng)絡的最大流上界，從而為判斷 飛機是否存在改航飛行的可能性提供了有力支持。使用本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明基于網(wǎng)絡角度提出了一種新的方法來解決航班延誤的問題，在保障飛 機安全飛行的前提下，盡可能的讓飛機改航飛行，減少乘客的損失，同時提高航空公司的信譽度。(2)本發(fā)明所采用的離散時間消失排隊方法，能夠給出具體的計算方法，同時也克 服了以往線性規(guī)劃方法計算量大、不容易得到滿意解的問題，簡化了計算過程。


圖1解決航班延誤流程圖
具體實施例方式以下結合附圖詳述如下考慮一個具有η個節(jié)點的空中交通有向網(wǎng)絡G (i，eij)，l彡i，j彡n，i乒j，i表 示網(wǎng)絡的機場節(jié)點集合，eiJ表示節(jié)點i到j有向弧(即飛行航線)，其長度采用1 (eij)表 示。這里做如下處理將飛行過程中飛機之間的最小安全間距與對應的航線長度轉(zhuǎn)化為飛
機的飛行時隙，即某一航線上能容納的最大時隙Γ = ’》采用這種方式處理空中交通網(wǎng)
a
絡后最大流的問題就可以轉(zhuǎn)化為離散時間的形式去刻畫。如果某個機場節(jié)點遇到多個起飛 或降落請求，那么根據(jù)一定的調(diào)度策略(比如先來先服務、優(yōu)先級等)選取其中一個請求， 其余請求在這一時隙都被拒絕。設空中交通網(wǎng)絡在某一時隙內(nèi)飛機起飛和降落請求的平均總量為N，N是遠大于 節(jié)點數(shù)n，并且假設只存在起飛和降落這兩種請求。這樣就可以考慮采用有限顧客源的離 散時間消失排隊系統(tǒng)。將整個交通網(wǎng)絡視為一個排隊系統(tǒng)，各個機場節(jié)點作為飛機的多服 務源，所有機場節(jié)點收到的起飛或降落請求作為到達的顧客。此排隊系統(tǒng)的系統(tǒng)容量為節(jié) 點數(shù)n，無等待場所。當前不在系統(tǒng)內(nèi)接受服務的顧客，在時隙(t，t+1)上以概率p(0 < ρ < 1)要求進入系統(tǒng)，以概率尹= I-P無服務要求。假設不同飛機的起飛或降落請求是相互 獨立的。同時令各節(jié)點的服務概率都為μ (0 < μ < 1)，且都服從幾何分布。對轉(zhuǎn)移矩陣P = (Pij)的Markov鏈，如果存在概率分布{> k，k e Ω},且滿足7tH=YjniPik^Zj7tI =1(O 則稱{> k，k e Ω }是Markov鏈的平穩(wěn)分布。設空中交通網(wǎng)絡G(i，eiJ)有η個機場節(jié)點，每個節(jié)點的狀態(tài)為0(表示沒有飛機 接受服務)和1(表示有飛機正在接受服務)。對于機場節(jié)點j，有向弧在(t，t+1)時 可能發(fā)生飛機降落請求，同時機場節(jié)點j在(t，t+l)時也可能發(fā)生飛機起飛請求，即節(jié)點j 在(t，t+1)時總的顧客請求數(shù)％ =起飛請求數(shù)+降落請求數(shù)。則整個空中交通網(wǎng)絡總的
顧客請求數(shù)M可能大于η。設整個空中交通網(wǎng)絡的概率轉(zhuǎn)移矩陣可以用式(2)來
表不
權利要求
一種方法，用于優(yōu)化空中交通流量管理，減少因天氣等故障造成的航班延誤，它包括利用概率轉(zhuǎn)移矩陣確定每個機場節(jié)點的連接狀態(tài)；利用離散時間消失排隊確定每個機場節(jié)點的最大流狀態(tài)；根據(jù)最大流狀態(tài)在固定航線出現(xiàn)故障時，確定源機場到目的機場是否還存在其它航線飛行，盡可能減少航班的延誤。
2.如權利要求1所述的方法，它包括建立一個空中交通網(wǎng)絡的排隊系統(tǒng)，該系統(tǒng)特征 在于利用了離散時間消失排隊的形式，在每一個時隙可能會發(fā)生多個飛機降落或起飛請 求，當存在多個請求時，可能由于剩余系統(tǒng)容量不足或同時爭奪同一資源而遭拒絕。
3.如權利要求2所述的方法，此排隊系統(tǒng)特征在于各個機場節(jié)點作為飛機的多服務 源，所有機場節(jié)點收到的起飛或降落請求作為到達的顧客，并且是相互獨立的，如果出現(xiàn)沖 突情況，則有飛機請求將會被拒絕。
4.如權利要求2所述的方法，此排隊系統(tǒng)特征在于將飛行過程中飛機之間的最小安 全間距與對應的航線長度轉(zhuǎn)化為飛機的飛行時隙，即某一航線上能容納的最大時隙，采用 這種方式處理空中交通網(wǎng)絡后最大流的問題就可以轉(zhuǎn)化為離散時間的形式去刻畫。
5.如權利要求2所述的方法，它包括建立一個空中交通網(wǎng)絡的概率轉(zhuǎn)移矩陣，該矩陣 元素表示了系統(tǒng)從某一狀態(tài)變化到另外一個狀態(tài)的概率。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于當一個機場在某一時隙面臨多個飛機請求， 那么該機場就可能會產(chǎn)生沖突，需要對轉(zhuǎn)移概率進行調(diào)整。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于建立了沖突因子，來解決系統(tǒng)從某一狀態(tài)到 另外一個狀態(tài)發(fā)生的沖突概率。
8.如權利要求2所述的方法，其特征在于當有飛機被拒絕時，由全概率公式可計算空 中交通網(wǎng)絡在穩(wěn)態(tài)時的最小消失概率。
9.如權利要求9所述的方法，包括確定此系統(tǒng)能接受的最大流。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于當有航線出現(xiàn)故障時，判斷從源機場到目 的機場是否存在其它航線能夠飛行，以此減少飛機的延誤。
全文摘要
一種面向航班延誤的新解決方法，是基于空中交通網(wǎng)絡進行研究的，通過采用離散時間消失排隊方法推導系統(tǒng)的消失概率來計算最大流，從而判斷航班是否存在改航的可能性。該方法從網(wǎng)絡角度提出了解決航班延誤的問題，在保障飛機安全飛行的前提下，盡可能的讓飛機改航飛行，減少乘客的損失，同時提高航空公司的信譽度。
文檔編號G08G5/00GK101996501SQ20101027812
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權日2010年9月10日
發(fā)明者王斯梁, 王明輝, 胡俊 申請人:四川大學